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Haben Sie sich schon einmal gefragt, warum Sie Ihre Smartphone-Batterie nach 1 bis 2 Jahren Nutzung in immer kürzeren Zeitabständen wiederaufladen müssen? Das Phänomen beschränkt sich natürlich nicht nur auf die Batterie im Smartphone – jede wiederaufladbare Batterie verliert unweigerlich mit der Zeit an Speicherkapazität. Doch woran liegt das? Und wie kann die Lebensdauer einer wiederaufladbaren Batterie bestimmt werden?
Die Lebensdauer einer Batterie gibt an, wie lange die Batterie in einem Produkt eingesetzt werden kann, bis die verschmerzbaren Leistungseinbußen einen bestimmten Schwellenwert unterschreiten. Je nach Anwendung sind diese Werte unterschiedlich. Dementsprechend ist es komplex, für eine Batterie eine exakte Lebensdauer in z.B. Jahren anzugeben.
Welche Parameter beeinflussen die Lebensdauer einer Batterie?
Die Lebensdauer einer wiederaufladbaren Batterie ist von unterschiedlichen Faktoren abhängig. Dazu zählen sämtliche Schritte von der Lagerung bis zur Inbetriebnahme sowie auch die Entladung und zu einem großen Teil die entsprechenden Ladebedingungen. Sie hängt außerdem mit der Anzahl der Lade- und Entladezyklen zusammen. Mit steigender Lebensdauer gibt es einen Verlust der Kapazität und einen Anstieg der Impedanz (Innenwiderstand) der Batterie.
So wird die Lebensdauer einer wiederaufladbaren Batterie bestimmt
Eine Angabe zur Lebensdauer wird bei den Herstellern mittels standardisierter Zyklen im Labor und mit Lagertests bei verschiedenen Temperaturen bestimmt. Standardisierte Zyklen, das bedeutet, dass die Zelle vollständig geladen und vollständig entladen wird. Das Ganze findet bei Raumtemperatur und den maximalen Strömen gemäß Spezifikation statt. Maßgebend für die Lebensdauer in Zyklen ist demnach der Ladungsumsatz bei der Ladung und Entladung. Würde die Batterie nicht zu 100 Prozent vollgeladen werden, wäre die erreichbare Zyklenzahl am Ende höher.
Daraus sollte jedoch nicht geschlossen werden, dass die Batterie immer sofort, nach der kleinsten Entladung wieder aufgeladen werden sollte. Man spricht hierbei auch von Trickle Charge. Die Bedingungen dieses Umgangs führen dazu, dass die Batterie nahezu immer im Volladezustand gehalten wird, was schließlich zu Performance Einbußen und dem Ausfall der Zellen führt. Zudem besteht hierbei die Gefahr, dass bei Lithium-Polymer-Zellen sowie bei prismatischen Zellen extremes Swelling und der Ausfall der Zelle folgen. Bei zylindrischen Zellen kann es durch das Trickle Charge zum abrupten Ausfall kommen.
Die Laborbedingungen, unter welchen die Lebensdauer von wiederaufladbaren Batterien bestimmt wird, entsprechen allerdings in den wenigsten Fällen den Bedingungen der Realität der Anwendung. Daraus ergibt sich die Frage:
Was können wir tun, um eine möglichst lange Lebensdauer zu erreichen?
Werfen wir in diesem Kapitel einen genauen Blick auf die Maßnahmen, die von Anwender sowie Endkunde ergriffen werden können, um Batterien möglichst schonend zu behandeln und die Lebensdauer positiv zu beeinflussen.
Zunächst einmal gilt, dass die Temperaturen bei der Ladung gemäß Spezifikation eingehalten werden müssen. Das liegt daran, dass zu hohe Ladeströme bei Temperaturen unter 15°C bei manchen Typen anodenseitig zu Lithium-Plattierungen führen können. Das wiederum kann zu Kapazitätsabfällen und im schlimmsten Fall zu inneren Kurzschlüssen mit Brandgefahr führen. Gleichzeitig sollten zu hohe Temperaturen ebenfalls vermieden werden. Für viele Zellen gilt eine Ladung im Temperaturbereich von 0°C bis 45°C unter Berücksichtigung der Ströme als optimal.
Die Lagerung der Zellen bzw. Batterien beeinflusst die Lebensdauer ebenfalls. Empfehlenswert ist die Lagerung bei Raumtemperatur oder geringeren Temperaturen. Unbedingt zu vermeiden sind jedoch Temperaturschwankungen, die zu Lebensdauerverkürzungen führen. Wenn möglich, sollten die Batterien also klimatisiert gelagert werden, um die Lebensdauer so wenig wie möglich zu beeinflussen.
Es liegt auf der Hand, dass im Lager das FIFO-Prinzip (First-In-First-Out) unbedingt eingehalten werden sollte. Zellen werden im Idealfall periodisch während der Ladung geprüft und gegebenenfalls nachgeladen.
Als weitere Maßnahme zur Verlängerung der Lebensdauer einer wiederaufladbaren Batterie wird eine geringere Ladeabschaltungsspannung empfohlen. Das gilt besonders für Batterien, die bei höheren Temperaturen betrieben werden. Im Falle einer Standard Lithium-Ionen- bzw. Lithium-Polymer-Batterie wird in diesem Fall anstatt bis auf 4,2 Volt nur bis 4,0 oder 4,1 Volt geladen.
Diese „Handlings“, also Hinweise für Lagerung und Einbau in das Gerät, sollten jedem Anwender von Batterien zur Verfügung gestellt werden.
Wie kann der Endkunde seine Batterien schonend behandeln, um eine möglichst lange Lebensdauer zu erreichen?
In Bezug auf Lagerung gilt für Endkunden ebenfalls, dass die Batterie, bzw. das Gerät, nicht bei höheren Temperaturen gelagert und betrieben werden sollten (z.B. in der direkten Sonne oder unter der Windschutzscheibe bei intensiver Sonnenbestrahlung).
Positive Auswirkungen auf die Lebensdauer hat es hingegen, wenn der Endkunde sein Gerät nur bis 90 Prozent auflädt (besonders, wenn hohe Temperaturen herrschen).
Batterien sollten möglichst nicht kontinuierlich, z.B. über Nacht, geladen werden. Das hält die Batterie im ungünstigen Vollladezustand und führt zu Lebensdauereinbußen. Das Handy über Nacht also lieber ausstecken (oder es wird ein Handy mit einem intelligenten Ladegerät, das eine Dauerladung vermeidet, verwendet) 😉.
Batterien sollten ebenfalls vor Tiefentladung bewahrt werden. Vor einer längeren Nichtbenutzung der Geräte also am besten zu wenigstens 50 Prozent aufladen. Nicht entladen einlagern.
Und zum Schluss: mitgelieferte Ladegeräte/Netzteile verwenden. Diese sind vom Hersteller auf die Applikation und deren Akku ausgerichtet und stellen sicher, dass die Maximalströme bei der Ladung nicht überschritten werden und es zu keinem Sicherheitsrisiko beim Ladeprozess kommt.
Sie haben Fragen oder sind auf der Suche nach der passenden Batterie für Ihre Anwendung? Unsere Experten helfen Ihnen gerne weiter.
